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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Hilfsantrieb für ein Fahrrad, insbesondere Pedelec, und ein Fahrrad mit einem solchen elektrischen Hilfsantrieb.
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Stand der Technik
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Der Einsatz von elektrischen Hilfsantrieben für Fahrzeuge und Fahrräder, beispielsweise City E-Bikes, Gravel-Bikes und Pedelecs nimmt stetig zu. Bei Pedelecs oder E-Bikes sind die elektrischen Hilfsantriebe üblicherweise im Rahmen, sogenannter Mittelmotor, oder an der Hinterradnabe, sogenannter Hinterrad-Nabenmotor, angeordnet. Das von einem Fahrer aufgebrachte Drehmoment und die Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise Trittfrequenz sind für die Steuerung eines elektrischen Hilfsantriebs von Bedeutung. Die Erfassung des Drehmoments und der Trittfrequenz ermöglicht eine Erfassung der vom Fahrer aufgebrachten Leistung. Zur harmonischen Ansteuerung eines elektrischen Hilfsantriebs bei Pedelecs und E-Bikes ist bekannt, die vom Fahrer eingebrachte Leistung zu erfassen und daraus mittels eines geeigneten Softwarealgorithmus eine Drehmomentanforderung für den Hilfsantrieb zu generieren.
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Die Drehmomentmessung kann beispielsweise durch Sensoren auf Basis von Dehnmessstreifen erfolgen. Dabei wird unter Verwendung von ein oder mehr direkt an der Welle angebrachten Dehnmesstreifen an der Außenumfangsfläche der Welle eine durch Dehnung verursachte Widerstandsänderung mit einer Brückenschaltung oder anderen wohlbekannten Einrichtung gemessen. Diese sind jedoch infolge der direkten Berührung mit der drehenden Welle fehleranfällig und weisen meist eine hohe mechanische Komplexität auf. Die Signale werden üblicherweise durch Kabelanordnungen an eine Steuereinheit übertragen, was die Montage an einem Pedelec erschwert. Hinzu kommt, dass sie relativ teuer sind.
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Die Drehmomentmessung mittels berührungslosen Drehmomentsensoren basiert heutzutage zumeist auf dem magnetostriktiven Prinzip. Dieses ermöglicht eine vereinfachte und verbesserte Erfassung des Drehmoments. Magnetostriktion ist eine Eigenschaft ferromagnetischer (eisenbasierter, magnetisierbarer) Werkstoffe, durch die Werkstoffe ihre Form oder Größe ändern, wenn ein Magnetfeld vorhanden ist. Dieser magnetostriktive Effekt kann zur Messung des Drehmoments genutzt werden. Magnetostriktion beruht auf dem Zusammenwirken von Magnetfeldern. Solche Systeme weisen oft einen einfachen mechanischen Aufbau auf und sind zudem kostengünstig herzustellen.
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US 2013 / 0 049 444 A1 offenbart eine Nabe für ein Fahrrad mit einem Drehmomentübertragungselement, wobei ein Drehmoment auf einen magnetostriktiven Bereich des Drehmomentübertragungselements übertragen wird. Eine Sensoreinrichtung mit mindestens einem Sensor ist im Inneren der Nabe angeordnet, um den drehmomentinduzierten magnetischen Fluss an dem magnetostriktiven Bereich zu messen.
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DE 20 2012 104 589 U1 beschreibt einen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas, der einen Nabenmotor, einen Verschlussdeckel, eine Hall-IC, eine Vielzahl von Federn, einen ersten leitfähigen Ring, einen zweiten leitfähigen Ring, eine Begrenzungsscheibe und einen Zahnkranz umfasst. Der Nabenmotor weist ein Drehelement auf, das als ein gehäuseförmiger Aufnahmekörper ausgebildet ist.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Hilfsantrieb vorzusehen, welcher in vereinfachter und verbesserter Weise ein Hilfs-Drehmoment durch verbesserte Drehmomentmessung bereitstellt und zudem einen einfachen mechanischen Aufbau und eine kostengünstige Herstellung des elektrischen Hilfsantriebs mit einer Drehmomentmesseinrichtung beziehungsweise Leistungsmesseinrichtung gewährleistet.
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Die Aufgabe wird durch einen elektrischen Hilfsantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrrad mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Entsprechend wird ein elektrischer Hilfsantrieb für ein Fahrrad, insbesondere Pedelec, oder für einen Fahrradergometer vorgeschlagen, aufweisend einen Stator und einen Rotor, wobei ein von einem Fahrer aufgebrachtes Drehmoment über ein Getriebeelement auf den Rotor übertragbar ist. Ferner ist eine erste Sensoreinrichtung konfiguriert, um ein auf den Rotor übertragenes Drehmoment zu messen und ein daraus resultierendes Drehmomentsignal an eine Steuereinheit des elektrischen Hilfsantriebes zu übertragen, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um ein Hilfs-Drehmoment für den Fahrer von dem elektrischen Hilfsantrieb in Abhängigkeit des Drehmomentsignals zu steuern. Erfindungsgemäß ist ein Messbereich für das auf den Rotor übertragende Drehmoment an der Seitenwand des Rotors, vorzugsweise der dem Getriebeelement zugewandten Seitenwand, ausgebildet.
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Entgegen den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen kann mit einer derartigen Anordnung das Drehmoment unmittelbar an der Seitenwand des Rotors gemessen werden. Eine Drehmomentmessung durch Sensoren auf Basis von Dehnmessstreifen ist nicht mehr notwendig. Dadurch kann die Montage der Drehmomentmessung vereinfacht werden. Des Weiteren fallen wartungstechnische Probleme in Bezug auf den Einsatz von Dehnmessstreifen weg. Des Weiteren ist die Anordnung der Drehmomentmessung an der Seitenwand platzsparend. Es sind somit keine weiteren Elemente wie Messhülsen oder vergleichbare Elemente an der Achse des elektrischen Antriebs notwendig.
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Das Drehmoment wird über das Getriebeelement auf den Rotor übertragen, welcher drehfest mit dem Getriebeelement gekoppelt ist.
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Das der Erfindung zugrunde liegende System generiert aus der Erfassung des Drehmoments das Steuersignal für den Hilfsantrieb. Dadurch wird es möglich, einen elektrischen Hilfsantrieb dynamisch derart zu steuern, dass basierend auf dem erfassten Drehmoment ein Hilfs-Drehmoment vom elektrischen Hilfsantrieb abgegeben wird. Der elektrische Hilfsantrieb verarbeitet das erfasste Drehmomentsteuersignal, um festzustellen, welches Drehmoment unterstützend an das freilaufende Rad übertragen werden soll. Dabei steuert die Steuereinheit in Abhängigkeit des Drehmomentsignals die Höhe des Hilfs-Drehmoments, das unterstützend vom elektrischen Hilfsantrieb abgegeben werden soll. In Abhängigkeit des abzugebenden Hilfs-Drehmoment regelt die Steuereinheit den Strom, mit welchem der Rotor angesteuert wird, um das gewünschte Hilfs-Drehmoment zu erzeugen. Das Hilfs-Drehmoment wird über den Rotor und beispielsweise Speichen auf das freilaufende Rad übertragen. Der Rotor des elektrischen Hilfsantriebes weist Speichenaufnahmen auf, um Speichen an den Rotor zu befestigen.
Beispielsweise kann die Unterstützung des elektrischen Hilfsantriebs mit einem Hilfs-Drehmoment aktiviert werden, wenn ein Schwellenwert von einem Fahrer aufgebrachtes Drehmoment überschritten wird. Zum Beispiel können die Schwellenwerte des Drehmoments beziehungsweise der Leistung derart eingestellt werden, dass der elektrische Hilfsantrieb den Fahrer mit einem Hilfs-Drehmoment unterstützt, welches im gewünschten Drehmomentbereich gelenkschonend für den Fahrer ist. Im umgekehrten Fall kann auch die Unterstützung des elektrischen Hilfsantriebs deaktiviert werden, wenn das von dem Fahrer aufgebrachte Drehmoment einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Die Steuereinheit ist ein elektronisches Bauteil und kann Teil der Leistungselektronik des elektrischen Hilfsantriebs sein. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um die von der Sensoreinrichtung erfassten Daten, insbesondere das Drehmomentsignal, zu erhalten und darauf basierend den elektrischen Hilfsantrieb zu steuern. Dabei kann die Steuereinheit abhängig vom erfassten Drehmomentsignal ein Hilfs-Drehmoment, welches von dem elektrischen Hilfsantrieb als unterstützendes Drehmoment für den Fahrer auf das Fahrrad zugeführt werden soll, einstellen. Weiterhin kann die Steuereinheit weitere Daten von weiteren Sensoreinrichtungen erhalten. Beispielsweise kann die Steuereinheit von einer weiteren Sensoreinrichtung die Rotorposition und Winkelgeschwindigkeit des drehenden Systems erfassen. Durch die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit kann die Steuereinheit eine abzugebende Leistung des elektrischen Hilfsantriebs regeln. Die Steuereinheit kann beispielsweise derart konfiguriert sein, dass diese nicht mehr als eine vom Fahrer aufgebrachte und/ oder einstellbare Leistung zugibt.
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Das Getriebeelement kann die von einem Fahrer ausgeübte Trittkraft übertragen, sodass ein Drehmoment auf ein freilaufendes Rad übertragen werden kann. In einem Beispiel weist das Getriebeelement ein hinteres Zahnradelement (beispielsweise Kassette mit mehreren Zahnrädern) auf. In einem weiteren Beispiel weist das Getriebeelement einen Freilauf auf. Alternativ kann der Freilauf auch im Tretlager angeordnet ein, sodass der elektrische Hilfsantrieb keinen Freilauf benötigt. Dadurch können Bauteile und deren Montageaufwand im elektrischen Hilfsantrieb reduziert werden.
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Der elektrische Hilfsantrieb weist ein Gehäuse mit Seitenwänden auf, um das Innere des elektrischen Hilfsantrieb vor Umwelteinflüssen, insbesondere Nässe und Schmutz, zu schützen. Der Stator, insbesondere Statorträger, und der Rotor können dabei teilweise das Gehäuse ausbilden. Dadurch kann insbesondere die Leistungselektronik und die Drehmomentsensoreinrichtung von dem Gehäuse vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
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Der elektrische Hilfsantrieb kann ein elektrischer Gleichstrommotor sein, der mit 12V oder 36V oder 48V Betriebsspannung arbeitet. In einem Beispiel ist der elektrische Hilfsantrieb ein Direktläufermotor oder ein Getriebemotor. Die Ausbildung des Messbereichs ist insbesondere für einen Getriebemotor vorteilhaft, da die Messung an der Seitenwand eine sehr platzsparende Ausführungsform darstellt und somit genügend Raum für die Integration des Getriebes in der Rotorglocke des Getriebemotors bereitstellt.
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Unter dem Begriff Fahrrad im Sinne dieser Beschreibung ist ein Pedelec und alle anderen Arten von Fahrrädern, die einen elektrischen Antrieb, insbesondere einen elektrischen Hilfsantrieb, aufweisen, zu verstehen. Diese können auch als E-Bike bezeichnet werden. Unter dem Begriff Fahrrad, sind auch Lastenfahrräder mit einer Vorder- und oder Hinterachse mit mindestens zwei freilaufenden Rädern zu verstehen.
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Der Begriff drehfest wird dahingehend verstanden, dass ein Bauteil mit einem anderen Bauteil fixiert ist und keine relative Bewegung gegenüber diesem anderen Bauteil hat. Durch den Einbau der Drehmomentsensoreinrichtung außerhalb des Tretlagers ist der zugängliche Drehmomentwert nicht auf ein Drehmoment beschränkt, das über die linke oder rechte Tretkurbel, d. h. über eine einzelne Tretkurbel, aufgebracht wird, wie es bei Mittelmotoren üblich ist. Im Gegensatz zu den Drehmomentsensoreinrichtungen, die in der Tretlagerwelle eingebaut sind, kann ein Gesamtwert des Drehmoments, das auf das freilaufende Rad wirkt, ermittelt werden.
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Der Messbereich weist einen magnetostriktiven Bereich auf, wobei die erste Sensoreinrichtung einen magnetostriktiven Sensor aufweist, der derart positioniert und konfiguriert ist, um einen drehmomentinduzierten Magnetfluss an dem magnetostriktiven Bereich berührungslos zu messen.
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Durch die Anordnung der Sensoreinrichtung in einem Gehäuse beziehungsweise der Rotorglocke des elektrischen Hilfsantriebes ist der magnetostriktive Bereich an der Innenseite der Seitenwand ausgestaltbar. Dadurch ist der drehmomentinduzierte Magnetfluss an dem Messbereich an der Innenseite durch die Sensoreinrichtung messbar. Die Sensormittel sind somit nicht im Inneren eines Fahrradbauteils angeordnet, sondern von außen, das heißt an der Wandung, welche in das Innere des elektrischen Hilfsantriebes gerichtet ist, angeordnet. Dadurch kann vermieden werden, dass die Signale über Kabel zu der Steuereinheit geleitet werden müssen. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass die Montage der Sensoren zeit- und kosteneffizienter ist. Vielmehr können die Signale berührlos von dem Messbereich an die Sensoreinrichtung übertragen werden.
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Die Sensoreinrichtung ist derart eingestellt, dass eine drehmomentinduzierte Änderung der Magnetisierung im magnetostriktiven Bereich messbar ist.
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Der magnetostriktive Bereich umfasst mindestens einen magnetisch polarisierten Bereich. Der magnetostriktive Bereich erstreckt sich dabei zumindest teilweise entlang der Innenseite der Seitenwand des Rotors. Beim Drehmomenteintrag auf den Rotor kommt es zu einer Deformierung des magnetostriktiven Bereichs und somit zu einer Änderung der Magnetisierung.
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In einem Beispiel kann der magnetostriktive Bereich in einer bestimmten Richtung magnetisch polarisiert sein, der mit aufgebrachter mechanischer Spannung durch den Drehmomenteintrag verändert wird. Durch die Messung der Richtungsänderung durch die erste Sensoreinrichtung der magnetischen Polarisierung kann somit auf die Höhe des Drehmomenteintrags rückgeschlossen werden. Wenn ein Drehmoment auf den Messbereich der Seitenwand der Rotorglocke aufgebracht wird, wird die magnetisch aufgebrachte Orientierung an dem magnetostriktiven Bereich derart umorientiert, die sowohl Umfangs- als auch Axialkomponenten aufweist. Der magnetostriktive Bereich weist somit ein drehmomentexponiertes magnetisches Material auf, das den drehmomentabhängigen magnetischen Fluss abgibt und durch die erste Sensoreinrichtung messbar ist.
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In einem anderen Beispiel kann der Messbereich aus einem gehärteten ferromagnetischen Material bestehen. In diesem Beispiel weist die erste Sensoreinrichtung Ferrite auf, um ein Magnetfeld in den Messbereich einzukoppeln und zu lenken, das heißt die erste Sensoreinrichtung erzeugt das Magnetfeld aktiv. Weiterhin weist die erste Sensoreinrichtung Induktivitäten, beispielsweise Planarspulen auf, um das Magnetfeld für die Messung des Drehmoment zu erzeugen. Dabei sind die Spulen nah, vorzugsweise zwischen 1mm bis 2mm, an den Messbereich positioniert. Somit muss der Messbereich nicht mehr in einem zusätzlichen Schritt magnetisch polarisiert werden.
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Vorteilhafterweise können die Magnetisierungen durch geeignete Konditionierung des Wellenmaterials, z. B. durch Permanent- oder Strommagnete, bereitgestellt werden. Der Messbereich an der Seitenwand mit dem magnetostriktiven Bereich ist zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet, das geeignet ist, einen magneto-elastischen Effekt zu erzeugen, und insbesondere Nickel (Ni) enthält. Es kann ein Industriestahl wie beispielsweise X200r13 oder ein ähnliches Material verwendet werden.
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Die erste Sensoreinrichtung ist derart angebracht, dass diese auf die Änderung der ursprünglichen Orientierung der Magnetisierung anspricht. In einem Beispiel können die Sensoren der Sensoreinrichtung derart eingestellt sein, dass diese eine bestimmte Komponente, beispielsweise Radialkomponente, der Magnetisierung misst, um daraus die Höhe des Drehmomenteintrags zu erfassen. Die Änderung der Radialkomponente ist somit proportional zum Drehmomenteintrag auf den Messbereich der Seitenwand des Rotors, insbesondere im magnetostriktiven Bereich.
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In einem Beispiel misst die Sensoreinrichtung den drehmomentinduzierten Magnetfluss an dem magnetostriktiven Bereich kontaktlos. Kontaktlos kann auch als berührungslos verstanden werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist, dass die erste Sensoreinrichtung unmittelbar an einer Leiterplatine des elektrischen Hilfsantriebes fixierbar ist. Dadurch kann eine aufwändige Verkabelung von der Sensoreinrichtung zur Leiterplatine vermieden werden, was wiederum den Montageaufwand für die Drehmomentmessung reduziert.
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In einem Beispiel ist die Sensoreinrichtung über einen Halter drehfest an dem Stator angeordnet. Die Sensoreinrichtung weist somit eine feste Zuordnung zum Stator auf, wobei der Stator eine feste Anordnung zum Rahmen des Fahrrads, insbesondere Pedelecs aufweist.
Die Sensoreinrichtung weist mindestens einen magnetoelastischen Sensor auf. In einem Beispiel basiert dieser auf einer sogenannten inversen Magnetostriktion, d. h. die Messung der Änderung der Magnetisierungen wird durch mechanische Spannungen in Folge der durch das aufgebrachte Drehmoment induzierten Spannungen an dem Messbereich der Seitenwand erfasst. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine magnetoelastische Sensor ein Vektorsensor. Insbesondere ist der Vektorsensor einer der folgenden: ein Hall-Effekt, ein Magnetowiderstand, ein Magnetotransistor, eine Magnetodiode oder ein Magnetfeldsensor. Der Magnetfeldsensor ist insbesondere ein Fluxgate-Magnetometer. Diese Magnetfeldsensoren haben sich als besonders geeignet für den Einsatz in einem elektrischen Hilfsantrieb erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Messbereich integral in der Seitenwand des Rotors ausgestaltet.
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Bei dieser Art von Messbereich kann die Magnetisierung in der Seitenwand selbst liegen. Folglich kann die Seitenwand auf ein zusätzliches zu magnetisierendes Element verzichten.
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Die Seitenwand kann integral in der Rotorglocke des elektrischen Hilfsantriebs ausgebildet sein, wobei der Messbereich um die feste Achse des elektrischen Hilfsantriebs, vorzugsweise koaxial, angeordnet ist. Die feste Achse bildet zudem die Rotationsachse für den Rotor des elektrischen Hilfsantriebs.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Rotor über ein Isolatorelement mit dem Getriebeelement drehfest gekoppelt.
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Das Isolatorelement ist aus einem nicht-magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff. Dadurch können Störeinflüsse auf den Messbereich abgehalten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Messbereich eine Messscheibe, welche lösbar in die Seitenwand des Rotors montierbar ist.
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Die Messscheibe ist somit als ein separates Element zu verstehen, welche einen Teil der Seitenwand der Rotorglocke darstellt und an den Rotor verbunden ist. Dabei liegt die Magnetisierung lediglich in der Messscheibe, um den magnetostriktiven Bereich zu bilden.
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Durch eine solche mehrteilige Ausgestaltung der Rotorglocke kann die Magnetisierung in vereinfachter Weise aufgebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Sensoreinrichtung und die Steuereinheit mit einer Leiterplatine verbunden, welche mit dem Stator drehfest verbunden ist. Der Stator kann zudem auch die stationäre Fixierung für die Steuereinheit des elektrischen Hilfsantriebs bereitstellen. Somit kann in vorteilhafter Weise die Sensoreinrichtung, zum Beispiel eine Sensorplatine, mit der Steuereinheit, welche auf einer Leiterplatine bereitgestellt ist, zu einer Baugruppe vereint werden. Dadurch kann der mechanische und der schalltechnische Aufbau für die Drehmomentmessung vereinfacht werden.
In einem Beispiel ist ein magnetisierter Polring vorgesehen, um die Rotorposition zu messen. Der Polring ist koaxial um die Rotationsachse angeordnet, wobei der magnetisierte Polring drehfest mit dem Rotor verbunden ist.
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Für den effizienten Betrieb des elektrischen Hilfsantriebs sind neben der Erfassung des Drehmoments die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit und der Rotorposition von Bedeutung. Die Leistung ist ein Produkt aus Winkelgeschwindigkeit und Drehmoment. Dadurch kann die Leistung bestimmt werden. Zum einen kann die Leistung bestimmt werden, die ein Fahrer ausübt. Zum anderen kann darauf basierend die Leistung des elektrischen Hilfsantriebs in Abhängigkeit des gewünschten Hilfs-Drehmoments bestimmt werden. Des Weiteren kann die Winkelgeschwindigkeitsmessung dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit des Fahrrads, die von dem Fahrer zurückgelegte Distanz, sowie andere gewünschte Parameter zu messen. Die schnelle und exakte Erfassung der Rotorposition ist von Bedeutung, um festzustellen, wie der Rotor beziehungsweise die einzelnen Rotorwicklungen in Bezug auf den Stator stehen. Für eine effiziente und direkte Aufbringung des Hilfs-Drehmoments ist es wünschenswert, dass diejenige Rotorwicklung des Rotors bestromt wird, die am besten in Bezug auf den Stator (beispielsweise zentriert über einem Permanentmagneten des Stators) positioniert ist. Dies ist insbesondere beim Anfahren oder in einer Steigung von Relevanz, da in diesen Situationen eine direkte und effiziente Unterstützung des Fahrers mit dem Hilfs-Drehmoment das Anfahren unmittelbar erleichtert.
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In dem Stand der Technik sind sensorlose, aber auch sensorbehaftete Umsetzungen bekannt. Sensorbehaftete Systeme haben den Vorteil, dass diese eine Rotorposition erfassen können, sobald der Rotor in Bewegung ist. Dadurch kann die Rotorposition schnell bestimmt werden und die Rotorwicklung ausfindig gemacht werden, die am besten in Bezug auf den Stator positioniert ist. Sensorlose Systeme hingegen können eine Rotorposition erst ab einer vollen, zumindest teilweisen Umdrehung des rotierenden Systems messen. Sensorbehaftete Umsetzungen sind insbesondere bei elektrischen Hilfsantrieben, welche in einem Hinterrad, insbesondere an einer Hinterradnabe, angeordnet sind, von Bedeutung, da diese bei geringer Drehzahl laufen und die effiziente Nutzung des elektrischen Hilfsantriebs von der direkten und exakten Messung der Rotorposition abhängt.
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Üblicherweise werden zur Positionsbestimmung des Rotors von elektrischen Hilfsantrieben, insbesondere Außenläufermotoren, Sensoren, beispielsweise Hall-Elemente, in Nut-Kerben im Stator in der Nähe der Rotoren angeordnet. Die Nut-Kerben beziehungsweise die Sensoren liegen am Außenradius des Stators. Die Magnete des Rotors erzeugen die für die Messung der Winkelgeschwindigkeit benötigten Magnetfelder. Entsprechend der Anordnung der Hall-Elemente und einer mathematischen Transformation lässt sich die Position des Rotors bestimmen. Die Übertragung der Positionssignale an eine Steuereinheit erfolgt dabei kabelgebunden, insbesondere wird die elektrisch-mechanische Verbindung mittels Steckverbinder oder Lötanschlüssen gewährleistet. Zusätzlich ist der Einsatz von Klebstoffen zur Reduzierung mechanischer Belastungen oder dem Abschwingen üblich und erfordert zusätzliche Bearbeitungsschritte.
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Durch den vorgeschlagenen Polring kann der Ort der Messung in Richtung der Rotationsachse transferiert werden. Die Messung der Winkelgeschwindigkeit ist somit nicht mehr auf die Magnetpole des Rotors angewiesen. Der magnetisierte Polring weist eine Vielzahl von Polpaaren auf. Vorzugsweise weist der Polring eine Polpaarzahl gleich der Polpaarzahl des Rotors auf. Die Variante der Positionserfassung mittels Polring nahe der Rotationsachse ermöglicht somit eine sehr kompakte, integrierte und störungsarme Messung der Winkelgeschwindigkeit.
In einem Beispiel ist eine zweite Sensoreinrichtung mit der Steuereinheit verbunden, um die Position des Pohlrings durch Änderung des vom Polring emittierenden Magnetfelds, vorzugsweise kontaktlos, zu erfassen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die erste Sensoreinrichtung mindestens einen Magnetfeldsensor, insbesondere Hall-Sensor, auf, wobei ein magnetisches Element und der Magnetfeld-Sensor in dem Messbereich der Seitenwand des Rotors platziert ist. Der Magnetfeld-Sensor misst die Positionsveränderung des magnetischen Elements infolge des Drehmoments auf den Rotor.
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Somit wird der Drehmomenteintrag nicht mittels Magnetostriktion gemessen. Diese Messung stellt eine alternative kostengünstige und einfache Drehmomentmessung dar.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Messbereich jeweils mindestens eine Aussparung zur Aufnahme des Magnetfeld-Sensors und des magnetischen Elements auf.
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Gemäß einer Ausführungsform sind eine Vielzahl von Aussparungen um die Rotationsachse des Rotors in Umlaufrichtung angeordnet. Dadurch können eine Vielzahl von Magnetfeld-Sensoren und magnetischen Elementen in die Seitenwand des Rotors integriert werden und somit die Genauigkeit der Drehmomentmessung erhöht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das magnetische Element in einer in radialer Richtung verlaufenden freitragenden Struktur eingebettet, welche durch Aufbringung eines Drehmoments in Umlaufrichtung elastisch verformbar ist, wobei der Magnetfeld-Sensor mit einem bestimmten Luftspalt zum magnetischen Element im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnet ist.
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In anderen Worten ist das magnetische Element und der Magnet-Sensor zwar an der Seitenwand des Messbereichs angeordnet, jedoch durch einen Luftspalt voneinander beabstandet. Dabei ist das magnetische Element in der freitragenden Struktur, vorzugsweise an einem in Richtung des Magnetfeldsensors weisenden Ende, angeordnet. Durch das aufgebrachte Drehmoment verändert das magnetische Element gegenüber dem Magnetfeld-Sensor seine Position. Diese Änderung wird durch den Magnet-Sensor erfasst. Das Signal wird an eine Steuereinheit kontaktlos oder kabelgebunden, vorzugsweise durch einen Schleifring, an eine Steuereinheit übertragen. Die Steuereinheit empfängt das Signal und berechnet den Drehmomenteintrag in Funktion der Positionsänderung des magnetischen Elements.
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In radialer Richtung kann dabei als die Richtung verstanden werden, die von der Rotationsachse in radialer Richtung weist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Messbereich eine Stützstruktur auf, um eine Verformung der freitragenden Struktur zu begrenzen. Dadurch kann verhindert werden, dass die freitragende Struktur zu stark durch das auf den Rotor aufgebrachte Drehmoment verformt wird und sogar eine plastische Verformung erfährt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der elektrische Hilfsantrieb eine Abdeckung auf, welche zumindest den Messbereich Seitenwand von außen abdeckt. Dadurch kann der Messbereich von externen Störeinflüssen wie Schmutz, Nässe, magnetische Strahlungen geschützt beziehungsweise abgeschirmt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der elektrische Hilfsantrieb unmittelbar in einem freilaufenden Hinterrad eines Fahrrads angeordnet, sodass ein Hilfs-Drehmoment über den Rotor an das freilaufende Hinterrad übertragbar ist.
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Durch die unmittelbare Integration am Hinterrad bildet die Achse des elektrischen Hilfsantriebes zugleich die Achse des freilaufenden Rades ab. Zudem bildet die Seitenwand des Rotors den Messbereich für das auf den Rotor aufgebrachte Drehmoment ab. Dadurch können die Anzahl der Bauteile reduziert werden und die Komplexität der Drehmomentmessung reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der elektrische Hilfsantrieb mit einem zweiten Getriebeelement verbindbar, sodass das Hilfs-Drehmoment über das zweite Getriebeelement an das freilaufende Hinterrad übertragbar ist. In einer solchen Anordnung ist der elektrische Hilfsantrieb an einer Rahmenstruktur eines Fahrrads, insbesondere eines Pedelecs zwischen dem Tretlager und der Hinterachse angeordnet. Dabei wird das von einem Fahrer aufgebrachte Drehmoment über das erste Getriebeelement auf den elektrischen Hilfsantrieb übertragen und über ein zweites Getriebeelement auf zumindest ein freilaufendes Hinterrad übertragen. In einem Beispiel kann das Pedelec eine Hinterachse mit zwei freilaufenden Rädern aufweisen. In dieser Anordnung wird das Drehmoment über das zweite Getriebeelement und vorzugsweise ein Differenzial auf die freilaufenden Hinterräder übertragen.
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Wenn der elektrische Hilfsantrieb aktiviert ist, wird ein Gesamtdrehmoment aus einem vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment und dem Hilfsdrehmoment des elektrischen Hilfsantriebs auf das zumindest eine freilaufende Hinterrad übertragen. Wenn der elektrische Hilfsantrieb deaktiviert ist, wird das von einem Fahrer aufgebrachte Drehmoment nicht durch den elektrischen Hilfsantrieb unterstützt, jedoch über das erste Getriebeelement über den elektrischen Hilfsantrieb und das zweite Getriebeelement auf das zumindest eine freilaufende Hinterrad übertragen.
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In einem weiteren Beispiel kann der elektrische Hilfsantrieb an einer Rahmenstruktur eines Fahrrads, insbesondere eines Pedelecs im Tretlager oder zwischen dem Tretlager und der Hinterachse angeordnet sein, wobei der elektrische Hilfsantrieb über das erste Getriebeelement verbunden ist, um das aufgebrachte Drehmoment des Fahrers zu erfassen und daraus das Hilfs-Drehmoment gemäß der Erfindung abzuleiten beziehungsweise zu regeln. Der elektrische Hilfsantrieb beziehungsweise die Steuereinheit kann das Hilfsdrehmoment durch ein elektrisches Signal an zumindest einen Motor, welcher an der Hinterachse oder an einem freilaufenden Hinterrad oder jeweils an einem freilaufenden Hinterrad angeordnet ist, mit dem gewünschten Hilfs-Drehmoment ansteuern. Eine Übertragung des Hilfsdrehmoments durch ein zweites Getriebeelement entfällt gemäß dieser Anordnung. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass die Kette, welche das erste Getriebeelement und das Tretlager koppelt, kürzer ausgeführt werden kann, da der Abstand zwischen dem ersten Getriebeelement und dem Tretlager im Vergleich zu einer Anordnung des elektrischen Hilfsantriebes im Hinterrad oder an der Hinterachse kürzer ist. Des Weiteren wird auch keine Kette für die Übertragung des Hilfs-Drehmoments auf die Hinterachse benötigt, da das Hilfs-Drehmoment als elektrisches Signal an den zumindest einen Motor übertragen wird. Der elektrische Hilfsantrieb fungiert in dieser Anordnung neben der Drehmomentmessung als Generator und kann zur elektrischen Versorgung einer Fahrradbatterie genutzt werden. Die Übertragung des Hilfs-Drehmoments wird über das elektrische Signal an den zumindest einen Motor übertragen.
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Weiterhin wird ein elektrisch betriebenes Fahrrad, insbesondere Pedelec vorgeschlagen, das einen elektrischen Hilfsantrieb und eine Batterie aufweist. Die Batterie ist konfiguriert, um den elektrischen Hilfsantrieb mit Energie zu versorgen.
Basierend auf dem ermittelten, vom Fahrer aufgebrachten, Drehmoment kann ein Hilfs-Drehmoment, welches vom elektrischen Hilfsantrieb bereitgestellt wird und zur Unterstützung des Fahrers dient, an das Fahrrad bereitgestellt werden. Dies ist vorteilhaft für den Betrieb und die Steuerung des elektrischen Hilfsantriebs.
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In einem weiteren Beispiel kann der elektrische Hilfsantrieb für einen Fahrradergometer oder Hometrainer verwendet werden. Der Fahrer treibt dabei den Rotor des elektrischen Hilfsantriebes an. Die Steuereinheit ist derart konfiguriert, dass der Tretwiderstand für einen Anwender des Fahrradergometers durch Veränderung eines Magnetfeldes, welches durch den elektrischen Hilfsantrieb erzeugt wird, einstellbar ist. In einem Beispiel kann die Steuereinheit konfiguriert sein, den Strom auf die Rotorwicklungen derart einzustellen, um die Stärke des Magnetfeldes zu regeln. Dadurch ist es möglich, verschiedene Trainingsintensitäten einzustellen beziehungsweise zu simulieren. Zum Beispiel kann damit ein Training eingestellt werden, bei dem der Fahrer mit einer konstanten Leistung (beispielsweise 150W) trainiert. In einem anderen Beispiel können unterschiedliche Fahrsituationen wie Steigungen am Berg, Abfahrten oder verschiedene Windverhältnisse durch Einstellung der jeweiligen Tretwiederstände über die Steuereinheit simuliert werden. In einem weiteren Beispiel kann eine zusätzliche Schwungmasse mit dem Rotor gekoppelt sein, um die Gewichtsverteilung der rotierenden Masse zu verbessen und ein realistisches Fahrgefühl zu bieten.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
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Figurenliste
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Hilfsantriebs gemäß einer Ausführungsform,
- 2A-2B zeigen jeweils eine perspektivische Schnittansicht des elektrischen Hilfsantriebs gemäß einer alternativen Ausführungsform;
- 3 zeigt eine Seitenwand mit einem Messbereich gemäß einer Ausführungsform;
- 4A-4B zeigen jeweils eine perspektivische Schnittansicht eines Getriebemotors gemäß zwei alternativen Ausführungsformen, und
- 5 zeigt eine Detailansicht der Sensoreinrichtung und des Messbereichs gemäß einer Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht des elektrischen Hilfsantriebs 10 aufweisend einen Stator 12 und einen Rotor 14, wobei ein von einem Fahrer aufgebrachtes Drehmoment über ein Getriebeelement 16 auf den Rotor 14 übertragbar ist.
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Ferner ist eine erste Sensoreinrichtung 18 konfiguriert, um ein auf den Rotor 14 übertragenes Drehmoment zu messen und ein daraus resultierendes Drehmomentsignal an eine Steuereinheit (nicht gezeigt) des elektrischen Hilfsantriebes 10 zu übertragen, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um ein Hilfs-Drehmoment für den Fahrer von dem elektrischen Hilfsantrieb 10 in Abhängigkeit des Drehmomentsignals zu steuern. Erfindungsgemäß ist ein Messbereich 20 für das auf den Rotor 14 übertragende Drehmoment an der Seitenwand des Rotors, vorzugsweise der dem Getriebeelement zugewandten Seitenwand 14a, ausgebildet.
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Der elektrische Hilfsantrieb 10 kann in einer ersten Ausführungsform unmittelbar an einem freilaufenden Hinterrad (nicht gezeigt) angeordnet sein, sodass ein Hilfs-Drehmoment über den Rotor 14 an das freilaufende Hinterrad übertragbar ist. In dieser Ausgestaltung wird das von einem Fahrradfahrer auf die Pedale und den Tretkurbeln aufgebrachte Drehmoment über das Getriebeelement 16 auf den Rotor 14 übertragen. Der Rotor weist dabei eine Vielzahl von Speichenaufnahmen 141 auf, die eine Felge des Hinterrads (nicht gezeigt) über Speichen mit dem Rotor 14 verbindet. Der elektrische Hilfsantrieb 10 ist in dieser Anordnung um eine feste Achse 17 ausgestaltet. Die feste Achse 17 ist an einer Aufnahme, sogenanntes Ausfallende (nicht gezeigt), des Fahrrads fixierbar. Ferner ist eine elektrische Versorgung vorgesehen, um den elektrischen Hilfsantrieb mit Strom zu versorgen und die Daten aus dem elektrischen Hilfsantrieb 10 an einen Fahrradcomputer (nicht gezeigt) zu übertragen.
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In dem hier gezeigten Beispiel ist der Rotor 14 zweiteilig oder dreiteilig ausgestaltet. Dabei ist der Rotor 14 als eine Rotorglocke ausgestaltet und eine Seitenwand 14a an die Rotorglocke befestigt, vorzugsweise verschraubt. Die Seitenwand 14a ist auf der Seite des Getriebeelements 16 angeordnet. In einem Beispiel ist die Seitenwand 14a als eine Scheibe beziehungsweise Messscheibe 14b ausgestaltet. Dabei kann die Seitenwand 14a als Ganzes den Messbereich 20 darstellen. In einem anderen Beispiel kann die Messcheibe 14b mit einem kleineren Durchmesser als die Seitenwand 14a in der Seitenwand 14a angeordnet sein und den Messbereich 20 darstellen. Das der Erfindung zugrunde liegende System generiert aus der Erfassung des Drehmoments das Steuersignal für den elektrischen Hilfsantrieb 10. Dadurch wird es möglich, einen elektrischen Hilfsantrieb 10 dynamisch derart zu steuern, dass basierend auf dem erfassten Drehmoment ein Hilfs-Drehmoment vom elektrischen Hilfsantrieb 10 abgegeben wird. Der elektrische Hilfsantrieb 10 verarbeitetet das erfasste Drehmomentsteuersignal, um festzustellen welches Drehmoment unterstützend an das freilaufende Rad über den Rotor 14 an das freilaufende Rad übertragen werden soll.
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Beispielsweise kann die Unterstützung des elektrischen Hilfsantriebs 10 mit einem Hilfs-Drehmoment aktiviert werden, wenn ein Schwellenwert von einem Fahrer aufgebrachtes Drehmoment überschritten wird.
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Das Getriebeelement 16 kann die von einem Fahrer ausgeübte Trittkraft übertragen, sodass ein Drehmoment auf ein freilaufendes Rad (nicht gezeigt) übertragen werden kann. In einem Beispiel weist das Getriebeelement 16 ein hinteres Zahnradelement (beispielsweise Kassette mit mehreren Zahnrädern) auf. In einem weiteren Beispiel weist das Getriebeelement 16 einen Freilauf 34 auf. Alternativ kann der Freilauf 34 auch im Tretlager angeordnet ein, sodass der elektrische Hilfsantrieb keinen Freilauf benötigt. Dadurch können Bauteile und deren Montageaufwand im elektrischen Hilfsantrieb 10 reduziert werden.
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In einem Beispiel ist der Rotor 14 über ein Isolatorelement 24 mit dem Getriebeelement 16 drehfest gekoppelt. Das Isolatorelement 24 ist aus einem nicht-magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff. Dadurch können Störeinflüsse auf den Messbereich 20 abgehalten werden.
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Weiterhin sind mindestens zwei Wälz- oder Gleitlager 36 bereitgestellt, um den Rotor 14 und das Getriebeelement 16 in Bezug auf die feste Achse 17 drehend zu lagern.
Weiterhin kann der elektrische Hilfsantrieb 10 eine Abdeckung 32 aufweisen, welche an die Seitenwand 14a bzw. an die Messcheibe 14b von außen angeordnet ist.
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In einem Beispiel, wie in 2A gezeigt, weist der Messbereich 20 einen magnetostriktiven Bereich auf, wobei die erste Sensoreinrichtung 18 einen magnetostriktiven Sensor aufweist, der derart positioniert und konfiguriert ist, um einen drehmomentinduzierten Magnetfluss an dem magnetostriktiven Bereich berührungslos zu messen. In dem hier gezeigten Beispiel kann eine Abdeckung 32 ebenfalls vorgesehen sein.
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In dem hier gezeigten Beispiel ist der magnetostriktive Bereich an der Innenseite der Seitenwand 14a ausgestaltbar. Dadurch ist der drehmomentinduzierte Magnetfluss an dem Messbereich 20 an der Innenseite durch die Sensoreinrichtung messbar. Die Signale können berührlos von dem Messbereich 20 an die Sensoreinrichtung 18 übertragen werden.
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Der magnetostriktive Bereich umfasst mindestens einen magnetisch polarisierten Bereich. Der magnetostriktive Bereich erstreckt sich dabei zumindest teilweise entlang der Innenseite der Seitenwand 14a des Rotors 14. Beim Drehmomenteintrag auf den Rotor 14 kommt es zu einer Deformierung des magnetostriktiven Bereichs in dem Messbereich 20 und somit zu einer Änderung der Polarisierung.
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Die erste Sensoreinrichtung 18 ist derart gestaltet, dass diese auf die Änderung der ursprünglichen Orientierung der Magnetisierung anspricht. In einem Beispiel ist die Sensoreinrichtung 18 gegenüberliegend dem Messbereich 20 durch einen Luftspalt getrennt angeordnet, um das aufgebrachte Drehmoment in dem Messbereich 20 berührungslos zu messen.
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In einem Beispiel ist die Sensoreinrichtung 18 über einen Halter 22 drehfest an dem Stator 12 angeordnet. Die Sensoreinrichtung 18 weist somit eine feste Zuordnung zum Stator 12 auf, wobei der Stator 12 eine feste Anordnung zum Rahmen des Fahrrads (nicht gezeigt), insbesondere Pedelecs aufweist. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung 18 koaxial um die feste Achse 17 angeordnet.
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Die Sensoreinrichtung 18 ist auf einer Leiterplatine 21 unmittelbar integriert. Die Leiterplatine 21 ist auf dem Halter 22 angeordnet. Dadurch kann eine aufwändige Verkabelung von der Sensoreinrichtung 18 zur Leiterplatine 21 vermieden werden, was wiederum den Montageaufwand für die Drehmomentmessung reduziert.
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In einem weiteren Beispiel ist eine Steuereinheit (nicht gezeigt) ebenfalls unmittelbar in der Leiterplatine 21 integriert. Somit kann in vorteilhafter Weise die Sensoreinrichtung 18, zum Beispiel eine Sensorplatine, mit der Steuereinheit, welche auf einer Leiterplatine 21 bereitgestellt ist, zu einer Baugruppe vereint werden.
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Gemäß dem in 2A gezeigten Beispiel ist der Messbereich 20 integral in einer Messcheibe 14b ausgestaltet. Die Messscheibe 14b kann lösbar in die Seitenwand 14a des Rotors 14 montierbar sein. Die Messcheibe kann in die Seitenwand 14a des Rotors 14 angeordnet, vorzugsweise verschraubt, werden.
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Die Messscheibe 14b ist somit als ein separates Element zu verstehen, welches einen Teil der Seitenwand 14a der Rotorglocke darstellt und an den Rotor verbunden ist. Dabei liegt die Magnetisierung lediglich in der Messscheibe, um den magnetostriktiven Bereich zu bilden. Durch eine solche mehrteilige Ausgestaltung der Rotorglocke kann die Magnetisierung auf die Seitenwand 14a beziehungsweise die Messscheibe 14b in vereinfachter Weise aufgebracht werden.
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2B zeigt eine alternative Ausführungsform des Messbereichs 20, wobei diese Ausführungsform ohne Abdeckung 32 gezeigt ist. Im operativen Betrieb ist die Abdeckung 32 an den Messbereich 20 zu platzieren. In diesem beispielhaft gezeigten Beispiel ist mindestens ein magnetisches Element 23 und mindestens ein Magnetfeld-Sensor 25, insbesondere Hall-Sensor, in dem Messbereich 20 des Rotors 14 platzierbar, wobei der Hall-Sensor 25 die Positionsveränderung des magnetischen Elements 23 infolge des Drehmoments auf den Rotor 14 misst. Dabei weist der Messbereich 20 jeweils mindestens eine erste Aussparung 26a zur Aufnahme eines Hall-Sensors 25 und eine zweie Aussparung 26b zur Aufnahme eines magnetischen Elements auf.
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Die Signale können berührlos von dem Messbereich 20 an die Sensoreinrichtung 18 übertragen werden. Alternativ können die Signale auch durch einen Schleifring (nicht gezeigt) vom Hall-Sensor 25 an die Steuereinheit (nicht gezeigt) übertragen werden.
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In 3 sind eine Vielzahl von Aussparungen 26a, 26b um die Rotationsachse des Rotors in Umlaufrichtung angeordnet. Dadurch können eine Vielzahl von Hall-Sensoren 25 und magnetischen Elementen 23 in die Seitenwand 14a des Rotors 14 integriert werden und somit die Genauigkeit der Drehmomentmessung erhöht werden. In dem hier gezeigten Beispiel sind zwei magnetische Elemente 23 und Hall-Sensoren 25 gezeigt. Dadurch kann eine Drehmomentmessung auch bei einem Ausfall eines Hall-Sensors sichergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das magnetische Element 23 in einer in radialer Richtung verlaufenden freitragenden Struktur 28 eingebettet, welche durch Aufbringung eines Drehmoments in Umlaufrichtung elastisch verformbar ist, wobei der Hall-Sensor 25 mit einem bestimmten Luftspalt zum magnetischen Element im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnet ist.
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In anderen Worten ist das magnetische Element 23 und der Hall-Sensor 25 zwar an der Seitenwand des Messbereichs 20 angeordnet, jedoch durch einen Luftspalt voneinander beabstandet. Dabei ist das magnetische Element 23 in der freitragenden Struktur 28, vorzugsweise an einem in Richtung des Hall-sensors 25 weisenden Ende, angeordnet. Durch das aufgebrachte Drehmoment verändert das magnetische Element gegenüber dem Hall-Sensor 25 seine Position. Diese Änderung wird durch den Hall-Sensor 25 erfasst. Das Signal wird an eine Steuereinheit kontaktlos oder kabelgebunden, vorzugsweise durch einen Schleifring, an eine Steuereinheit übertragen. Die Steuereinheit empfängt das Signal und berechnet den Drehmomenteintrag in Funktion der Positionsänderung des magnetischen Elements 23.
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In dem hier gezeigten Beispiel ist der Hall-Sensor am Rand der Seitenwand 14a oder der Messcheibe 14b angeordnet.
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In einem Beispiel weist der Messbereich 20 eine Stützstruktur 30 auf, um eine Verformung der freitragenden Struktur 28 zu begrenzen.
Dadurch kann verhindert werden, dass die freitragende Struktur 28 zu stark durch das auf den Rotor aufgebrachte Drehmoment verformt wird und sogar eine plastische Verformung erfährt. In 4 ist der elektrische Hilfsantrieb 10 als Getriebemotor ausgeführt. Eine Anordnung des Messbereichs 20 hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da dadurch mehr Platz für das Getriebe 38 im Inneren des elektrischen Hilfsantriebes 10 geschaffen werden kann. Aufgrund der kleineren Bauweise des Getriebemotors ist der Messbereich 20 unmittelbar auf die Seitenwand 14a angeordnet. Die Rotorglocke des Rotors ist somit zweiteilig ausgestattet, wobei die Seitenwand 14a an die Rotorglocke befestigbar, vorzugsweise verschraubbar, ist.
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5 zeigt eine Detailansicht der Ausführungsform der Sensoreinrichtung aufweisend einen Magnetfeld-Sensor 25 (siehe 3) und ein magnetisches Element 23 (siehe 3). Dabei ist eine stationäre Leiterplatine 21b über ein Dichtelement 19 an dem Halter 22 befestigt. Das Dichtelement 19 schützt den Messbereich 20 vor Schmutz und Öl. Weiterhin ist eine rotierende Leiterplatine 21b mit der Sensoreinrichtung 18 beziehungsweise dem Magnetfeldsensor 25 drehfest verbunden. Die rotierende Leiterplatine 21a versorgt die Sensoreinrichtung 18 mit Strom. Die durch die Sensoreinrichtung 18 gemessenen Drehmomente werden über die rotierende Leiterplatine 21a an die stationäre berührlos, beispielsweise induktiv, oder durch einen Schleifring übertragen. Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrischer Hilfsantrieb
- 12
- Stator
- 14
- Rotor
- 14a
- Seitenwand
- 14b
- Messscheibe
- 16
- Getriebeelement
- 17
- Achse
- 18
- erste Sensoreinrichtung
- 19
- Dichtelement
- 20
- Messbereich
- 21
- Leiterplatine
- 21a
- rotierende Leiterplatine
- 21b
- stationäre Leiterplatine
- 22
- Halter
- 23
- magnetisches Element
- 24
- Isolatorelement
- 25
- Magnetfeld-Sensor
- 26a
- erste Aussparung
- 26b
- zweite Aussparung
- 28
- freitragende Struktur
- 30
- Stützstruktur
- 32
- Abdeckung
- 34
- Freilauf
- 36
- Wälz- oder Gleitlager
- 38
- Getriebe
- 141
- Speichenaufnahmen
